ヒストン脱メチル化酵素JUMONJIによる高温を記憶する分子基盤の解明

• 研究領域: 植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム
• 研究課題/領域番号: 18H04782
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 山口 暢俊 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (90767899)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円); 2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: エピジェネティクス / 植物 / 高温順化 / ヒストン / JUMONJI / 植物生理 / 遺伝子発現 / 環境

研究実績の概要

1）高温順化におけるJMJの役割: 中程度高温によって順化をさせて、時間経過したのちに高温を与えた場合、野生型は高温順化して、耐性を保持した。しかし、jmj変異体では、高温順化する能力が低く、耐性を維持しにくくなることがわかった。また、順化前にJMJの活性を戻すと表現型は回復した。
2）JMJによる遺伝子発現の制御: RNA-seqによりJMJが発現を制御する遺伝子をゲノムワイドに同定し、順化によって発現するタイミングが早くなるHSP20-LIKE、HSP22遺伝子など複数のHSP遺伝子を同定した。
3）JMJによるヒストン修飾の制御: ChIP-seqにより、JMJが発現を制御する遺伝子をゲノムワイドに同定した。JMJが順化によって、HSP20-LIKE、HSP22遺伝子座のH3K27me3のマークを除去し、それがしばらく維持されることが記憶の分子実体であることがわかった。このヒストン修飾状態の数理モデルを構築して、HSP遺伝子の発現を予測可能にした。さらにhsp20-like hsp22は高温順化能が低いことを明らかにした。
4）変動温度環境下におけるJMJの役割: 緯度の異なる野外の変動する温度で野生型とjmj変異体を生育しても、変異体ではヒストン修飾を介したHSP遺伝子の発現変化により高温順化能が低下した。そのため、変動する環境下でもJMJが順化に必要である可能性が示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Abscisic acid-dependent histone demethylation during postgermination growth arrest in Arabidopsis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu, J., Ichihashi, Y., Suzuki, T., Shibata, A., Shirasu, K., Yamaguchi, N. and Ito T.
  • 雑誌名: Plant Cell and Environment 巻: 42 ページ: 2198-2214
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone demethylases control root elongation in response to stress-signaling hormone abscisic acid. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu, J., Yamaguchi, N. and Ito T.
  • 雑誌名: Plant Signaling and Behavior 巻: 14 ページ: 1604019-1604019
  • 査読あり
• [雑誌論文] When to stop: an update on molecular mechanisms of floral meristem termination. (2019)
  • 著者名/発表者名: Xu Y., Yamaguchi, N. Gan, E-S., and Ito, T.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 70 ページ: 1711-1718
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integration of transcriptional repression and Polycomb-mediated silencing of WUSCHEL in floral meristems. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sun, B., Zhou, Y., Cai, J., Shang E., Yamaguchi, N., Xiao, J., Looi, L-S., Wee W-Y., Gao, X., Wagner, D., and Ito, T.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 31 ページ: 1488-1505
  • NAID: 120006726651
  • 査読あり
• [雑誌論文] The roles of plant hormones and their interactions with regulatory genes in determining meristem activity. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ze Hong, L., Hirakawa, T., Yamaguchi, N., Ito, T.
  • 雑誌名: International Journals of Molecular Sciences 巻: 20 ページ: 4065-4065
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lateral root initiation requires the sequential induction of transcription factors LBD16 and PUCHI in Arabidopsis thaliana. (2019)
  • 著者名/発表者名: Goh, T., Toyokura, K., Yamaguchi, N., Okamoto, T., Uehara, T., Kaneko, S., Takebayashi, Y., Kasahara, H., Ikeyama, Y., Okushima, Y., Nakajima, K., Mimura, T., Tasaka, M., and Fukaki, H.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 222 ページ: 2-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] CRABS CLAW and SUPERMAN coordinate hormone-, stress-, and metabolic-related gene expression during Arabidopsis stamen development. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ze Hong, L., Tatsumi, Y., Ichihashi, Y., Suzuki, T., Shibata, A., Shirasu, K., Yamaguchi, N. and Ito T.
  • 雑誌名: Frontiers in Ecology and Evolution. 巻: 7 ページ: 437-437
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abscisic acid‐dependent histone demethylation during postgermination growth arrest in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu Jinfeng、Ichihashi Yasunori、Suzuki Takamasa、Shibata Arisa、Shirasu Ken、Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • 雑誌名: Plant, Cell & Environment 巻: - 号: 7 ページ: 2198-2214
  • DOI: 10.1111/pce.13547
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chromatin-mediated feed-forward auxin biosynthesis in floral meristem determinacy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, N., Huang, J., Tatsumi, Y., Abe, M., Sugano, S. S., Kojima, M., Takebayashi, Y., Kiba, T., Yokoyama, R., Nishitani, K., Sakakibara, H., and Ito, T.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 9 号: 1 ページ: 5290-5290
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07763-0
  • NAID: 120006549567
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SUPERMAN regulates floral whorl boundaries through control of auxin biosynthesis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Xu, Y., Prunet, N., Gan, E-S., Wang, Y., Stewart, D., Wellmer, F., Huang, J., Yamaguchi, N., Tatsumi, Y., Kojima, M., Kiba, T., Sakakibara, H., Jack, T.P., Meyerowitz, E.M., Ito, T.
  • 雑誌名: EMBO Journal 巻: - 号: 11
  • DOI: 10.15252/embj.201797499
  • NAID: 120006478564
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Using CRISPR/Cas9 System to Introduce Targeted Mutation in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Ze Hong Lee, Nobutoshi Yamaguchi, Toshiro Ito
  • 雑誌名: Plant Transcription Factors.Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) 巻: 1830 ページ: 93-108
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8657-6_6
  • ISBN: 9781493986569, 9781493986576
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene Expression and Transcription Factor Binding Tests Using Mutated-Promoter Reporter Lines (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishizawa-Yokoi Ayako、Yamaguchi Nobutoshi
  • 雑誌名: Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) 巻: 2 ページ: 291-305
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8657-6_17
  • ISBN: 9781493986569, 9781493986576
  • 査読あり